VISOKOŠOLSKI STROKOVNI ŠTUDIJ Elektrotehnika Avtomatika in Robotika POROČILO PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA v Podjetju ETRA, Celje Čas opravljanja Mentor v GD Študent Vpisna številka E-pošta Telefon od 7.5.2012 do 6.7.2012 Iztok Konrad Aleš Razboršek E1016468 razbo.ales@gmail.com 051-243-215
ii
PREDSTAVITEV PODJETJA iii
PREDSTAVITEV PODJETJA KAZALO 1 UVOD... 1 2 PREDSTAVITEV PODJETJA ETRA d.o.o.... 2 2.1 Dejavnosti podjetja... 3 2.1.1 Avtomatizacija in pogonski sistemi... 3 3 OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA... 5 3.1 Pomoč pri delu transportne linije 1 v Leku - Ljubljana... 7 3.2 Opis dezinfekcijske linije 1... 7 3.3 Princip delovanja induktivnega senzorja... 9 3.4 Elementi električnih inštalacij... 10 3.4.1 Tripolni inštalacijski odklopnik... 11 3.4.2 Enopolni inštalacijski odklopnik... 11 3.4.3 Kontaktor... 11 3.4.4 Vtičnica... 12 3.4.5 Zaščitni rele... 13 3.4.6 Rele... 15 3.4.7 Vrstne sponke... 15 3.4.8 Napajalnik iz 220/24 V DC... 16 3.4.9 Krmilnik Simens in razširitveni modul... 17 3.4.10 Kanali... 18 3.4.11 Letev... 19 3.4.12 Priklop žic v kablu... 19 4 ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA S POMOČJO MIKROKRMILNIKA PIC18F4520 IN OSTALO PERIFERIJIO... 20 4.1 Zagon zvezda - trikot... 20 4.2 Vezava zvezda... 21 4.2.1 Fazni tok v vezavi zvezda (I f,y )... 21 4.2.2 Dovodni tok v vezavi zvezda (I Y )... 21 4.3 Vezava trikot... 22 4.3.1 Fazni tok v vezavi trikot (I f,d )... 22 4.3.2 Dovodni tok v vezavi trikot (I D )... 22 4.4 Priklop asinhronskega motorja... 24 iv
PREDSTAVITEV PODJETJA 4.5 Časovni potek delovanja... 25 4.6 Mikrokrmilnik... 26 4.7 Razvojna plošča... 28 4.8 Napajalnik... 30 4.8.1 Toroidni transformator:... 30 4.8.2 Elektrolitski kondenzator:... 31 4.8.3 Stabilizator:... 31 4.9 Programiranje mikrokrmilnika PIC18F4520... 32 5 ANALIZATOR... 37 6 IZRAČUNI ZA 3 FAZNI ASINHRONSKI MOTOR... 46 7 SKLEP IN ZAKLJUČEK... 49 8 PRILOGE... 50 8.1 8.1 Programska koda... 50 v
PREDSTAVITEV PODJETJA KAZALO SLIK Slika 2.1: Logotip podjetja Etra d.o.o.... 2 Slika 3.1: Nalepka TN-S sistema... 5 Slika 3.2: TN-S sistem... 5 Slika 3.3: Nalepka TN-C (ničenje)... 6 Slika 3.4: TN-C sistem prikaz vtičnice in 3 faznega porabnika... 6 Slika 3.5: Dezinfekcijska linija 1... 7 Slika 3.6: Paleta, ki se nahaja na valjčnem transportu 4 v prezračevalni komori... 8 Slika 3.7: Valjčni transport 1... 8 Slika 3.8: Valjčni transport 2... 8 Slika 3.9: Elektro motor in reduktor skupaj poganjata valjčni transport... 9 Slika 3.10: Optični senzor, ki zazna prisotnost palete... 9 Slika 3.11: Induktivni senzor... 10 Slika 3.12: Izgradnja električne omare za transportno linijo za Lek Ljubljana... 10 Slika 3.13: Tripolni inštalacijski odklopnik... 11 Slika 3.14: Enopolni inštalacijski odklopnik... 11 Slika 3.15: Kontaktor... 11 Slika 3.16: Priklopni kontakti kontaktorja... 12 Slika 3.17: Vtičnica... 12 Slika 3.18: Vtičnica v sistemu ničenje, vtičnica v sistemu z FID - stikalom... 12 Slika 3.19: Tipka za izklop v sili... 13 Slika 3.20: Načrt zasilni izklop tipkala... 13 Slika 3.21: Zaščitni rele... 14 Slika 3.22: Načrt zasilnega izklopa modula... 14 Slika 3.23: Simbol releja... 15 Slika 3.24: Rele... 15 Slika 3.25: Vrstne sponke... 16 Slika 3.26: Simbol napajalnika... 16 Slika 3.27: Napajalnik - G1... 16 Slika 3.28: Krmilnik Simens Simatic S7-1200... 17 Slika 3.29: Postavitev krmilnika in razširitvenega modula... 18 Slika 3.30: Krmilnik Simens Simatic S7-1200 in razširitveni modul... 18 Slika 3.31: Kanal za kable... 18 Slika 3.32: Letev... 19 Slika 3.33: Tri-fazni kabel... 19 Slika 3.34:Analogni signalni kabel... 19 vi
PREDSTAVITEV PODJETJA Slika 4.1: Tri fazni AS. motor, sklopka, zavora... 20 Slika 4.2: Trifazni sistem vezan v zvezdo... 21 Slika 4.3: Navitje vezano v zvezdo... 21 Slika 4.4: Trifazni sistem vezan v trikot... 22 Slika 4.5: Navitje vezano v trikot... 22 Slika 4.6: Menjava smeri motorja... 23 Slika 4.7: Priključne sponke AS. motorja... 24 Slika 4.8: Priklop v vezavo zvezda... 24 Slika 4.9: Priklop v vezavo trikot... 25 Slika 4.10: Časovni potek delovanja... 25 Slika 4.11: PIC18F4520... 26 Slika 4.12: PIC18F4520 na podnožju... 27 Slika 4.13: Shema K-CPU verzija 3... 28 Slika 4.14: Tiskano vezje K-CPU verzija 3... 28 Slika 4.15: Spajkanje 1... 29 Slika 4.16: Spajkanje 2... 29 Slika 4.17: Vstavljanje diod... 29 Slika 4.18: Napajalnik v fazi sestave... 30 Slika 4.19: Stabilizator... 31 Slika 4.20: Končan napajalnik 24V... 31 Slika 4.21: PIC C Compiler na namizju... 32 Slika 4.22: Pisanje programa v CCS C compilerju... 32 Slika 4.23: Programator US-Burn, USB_1.11_a2... 33 Slika 4.24: Razvojna ploščo K-CPU verzija 3... 34 Slika 4.25: Relejski izhodi... 34 Slika 4.26: Tranzistorski izhodi, relejski izhodi, kontaktorski izhodi... 35 Slika 4.27: Kontaktorja zvezda, trikot... 35 Slika 4.28: Vodenje zagona 3 faz. as. motorja preko PC-ja... 36 Slika 5.1: Notranjost analizatorja... 37 Slika 5.2: Analizator... 37 Slika 5.3: Obdelava signala... 38 Slika 5.4: Vezava tokovnika in napetostnika... 38 Slika 5.5: Tok... 39 Slika 5.6: Fazna napetost... 39 Slika 5.7: Medfazna napetost... 40 Slika 5.8: Delovna moč... 40 Slika 5.9: Jalova moč... 41 vii
PREDSTAVITEV PODJETJA Slika 5.10: Navidezna moč... 41 Slika 5.11: Moči skupaj (P,Q,S)... 42 Slika 5.12: Frekvenca... 42 Slika 5.13: Fazni diagram... 43 Slika 5.14: Graf toka... 43 Slika 5.15: Graf napetosti... 44 Slika 5.16: Graf moči... 44 Slika 5.17: Graf cos(fi)... 45 Slika 5.18: Analizator v dejanskem procesu... 45 Slika 6.1: Ploščica s podatki... 46 Slika 8.1:Nastavitve parametrov 1... 53 Slika 8.2:Nastavitev parametrov 2... 53 KAZALO TABEL Tabela 1:zvezda, trikot... 20 viii
1 UVOD Ko so minila predavanja na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko v Mariboru sem začel opravljati obvezno prakso. Prakso sem opravljal v podjetju Etra d.o.o. V okviru dvomesečnega obveznega praktičnega izobraževanja sem, se trudil pridobiti čim več praktičnih izkušen in znanj. V poročilu praktičnega izobraževanja sem najprej predstavil podjetje, njegov nastanek, razvoj in s čim se ukvarja. Delo, ki sem ga opravljal: Na začetku sem se seznanil z vezavo električnih omar in branjem načrta. Ta sklop je zajemal krmilni in močnostni del. Sledila so dela v Leku v Ljubljani. Prisoten sem bil pri transportni liniji,ki je namenjena avtomatskemu transportu palet skozi vzorčevalni komoro 1. Delo sem nadaljeval v servisni delavnici. Tam sem izdelal manjšo omarico za preizkus naprav, katera je postala pomoč serviserjem na terenu. Matjaž je videl, da sem vztrajen človek in mi je podaril svojo nedokončano K-CPU razvojno ploščo, ki jo je razvila Etra d.o.o.spoznal sem programski paket PIC C Compiler, v kateremu sem programiral v C jeziku. V nadaljevanju sem naredil svoj prvi industrijski projekt zagon zvezda, trikot asinhronskega motorja s pomočjo mikrokrmilnika (PIC 18F4520- čip). Naučil sem se izvajanje A/D pretvorbe in naredil mini projekt krmiljenje izhodnih enot (LCD - display, ventilator) mikrokrmilnika s pomočjo temperaturnega senzorja LM35 Skozi vso obvezno praktično izobraževanje sem pokazal zanimanje. 1
2 PREDSTAVITEV PODJETJA ETRA d.o.o. Začetki segajo v leto 1994 z dvema zaposlenima. Danes ima podjetje Etra d.o.o. več kot 50 zaposlenih z obsežnimi in odločno podkovanimi specializiranimi znanji ter praktičnimi izkušnjami somed vodilnimi v Sloveniji na področju industrijske avtomatizacije,procesnega krmiljenja in elektromotornih pogonov. S stalnim izobraževanjem in izpopolnjevanjem, analiziranjem zaključenih izvedenihprojektov, tesno sodelovanje z dobavitelji strojne in programske opreme, s podrobnim sledenjem, analiziranjem in nadgrajevanjem vzdrževanih sistemov ter na koncu tudi s pridobivanjem novih izobraženih kadrov tako podjetje ostaja stalno v stiku z najnovejšimi znanji in tehnologijami na našem področju. Tako pod eno streho združuje praktična in specializirana znanja s filozofijo visoke kvalitete storitev ter zanesljive strojne in programske opreme. V letih uspešnega delovanja je podjetje pridobili ekskluzivno zastopništvo za R&M(pasivna oprema za računalniška, informacijska in telekomunikacijska omrežja), TEDOM kogeneracijske sisteme, Ideal Industries (Merilne naprave za elektrotehniko) in ostala zastopništva za prodajo in integracijo: ELCA, Cisco, Microsoft, Siemens in ostali. Slika 2.1: Logotip podjetja Etra d.o.o. 2
PREDSTAVITEV PODJETJA 2.1 Dejavnosti podjetja 2.1.1 Avtomatizacija in pogonski sistemi S pomočjo sodobnih znanj, izkušenj in sodobnih tehnologij projektirajo in izvajamo celovite rešitve za učinkovitejše industrijske procese, ki zraven mnogih ostalih prednosti poskrbijo za optimizacijo, pohitritev, povečanje zanesljivosti in zmanjšanje nenapovedanih prekinitev ter s tem zmanjšanje posrednih in neposrednih stroškov obratovanja. Pri izvajanju projektov avtomatizacije industrijskih procesov nudijo storitve celotnega življenjskega obratovanja sistema, kar poleg izvedbe in postavitve zajema tudi vzdrževanje, nadgradnje in kasnejše prilagajanje sistemov. Pri projektiranju in postavitvi sistemov za avtomatizacijo uporabljajo profesionalne rešitve Siemens, ki zagotavljajo brezhibno delovanje in dolgo življenjsko dobo: SIMATIC, SIMOTION, SICOMP... ter računalniško in strežniško opremo Fujitsu Siemens. Za medsebojne povezave oziroma pasivno telekomunikacijsko opremo uporabljamo visokokvalitetne produkte R&M. 2.1.1.1 Avtomatizacija industrijski sistemi za avtomatizacijo, procesno vodenje in krmiljenje, industrijska omrežja Ethernet, pozicionirni sistemi, industrijski računalniški in mikroračunalniški sistemi, senzorski, merilni in procesni sistemi. 2.1.1.2 Pogonska tehnika izmenični in enosmerni elektromotorni pogoni, koračni elektromotorni pogoni, krmilni sistemi pogonske tehnike, frekvenčni in enosmerni regulatorji, inženiring. 2.1.1.3 Nizkonapetostna stikalna tehnika in elektroinstalacije stikalne in zaščitne naprave, ločilniki, odklopniki in glavna stikala, 3
PREDSTAVITEV PODJETJA elektroinštalacijske razdelilne in zbirne omare, varnostni brezprekinitveni sistemi (UPS). 2.1.1.4 Industrijska elektronika prigradnje in nadgradnje daljinskih komand (dvigala, transportni sistemi, tekoči trakovi), projektiranje in izvedba industrijske elektronike pri pogonskih, varilnih, montažnih, obdelovalnih in ostalih strojnih sistemih, vzdrževanje sistemov industrijske elektronike, krmilja in varovalni sistemi proizvodnih in pogonskih sklopov. 4
3 OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Na začetku sem se seznanil z vezavo električnih omar. Pri vezavi električnih omar je pomembno, da poznamo funkcijo elementa in da pravilno po načrtu povežemo žice na določene kontakte. Kadar imamo malo omarico in veliko elementov je bolje, da uporabimo večjo, če je le to mogoče, zaradi lažje vezave. Za priklop napajanja lahko uporabimo (TN-S, TN-C-S, TT, IT). Pri teh sistemih se uporablja FID oz. RCD stikalo, ki varuje človeško življenje v primeru direktnega dotika na ohišje, ki je pod napetostjo. V sistemu TN-C sistem (ničenje) ne uporabljamo FID oz. RCD stikala. Takrat moramo vse PE vodnike (ozemljitveni vodnik) povezati na zbiralko PE, vse N -vodnike pa na N-zbiralko. V elektro omari galvansko povežemo PE in N zbiralki na isti potencial. Električna omara vsebuje krmilni del in močnostni del. Krmilni del služi krmiljenju naprav z manjšim tokom. Močnostni del pa da preko naprave spustimo večji tok s katerim lahko vklopimo večje porabnike npr. motor. TN - S sistem Obvezno napis oz. nalepka na omari za kateri sistem gre!!! Slika 3.1: Nalepka TN-S sistema Slika 3.2: TN-S sistem 5
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA TN - C sistem (ničenje) Slika 3.3: Nalepka TN-C (ničenje) Slika 3.4: TN-C sistem prikaz vtičnice in 3 faznega porabnika 5 ZLATIH PRAVIL KADAR DELAMO Z NAPRAVAMI POD NAPETOSTJO!!! Izklopi in vidno loči naprave z vseh strani Prepreči ponovni vklop Ugotovi brez napetostno stanje Ozemlji in kratko skleni Ogradi mesto dela od delov, ki so pod napetostjo 6
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA 3.1 Pomoč pri delu transportne linije 1 v Leku- Ljubljana Transportna linija je sestavljena iz posameznih transporterjev. 3.2 Opis dezinfekcijske linije 1 Slika 3.5: Dezinfekcijska linija 1 Viličar naloži paleto na KF 101, ki je vstopno mesto na linijo 1. Senzor zazna prisotnost palete in jo pod pogojem, da je le to mesto prosto odpelje na transporter KF 102 in KF103. Paleta prispe do prezračevalne komore 1. Odprejo se vrata 1 in paleta se nahaja v prezračevalni komori. Vrata 1 in varata 2 se zaprejo, sledi prezračevanje. V nadaljevanju se vrata 2 odpro in paleta potuje v vzorčno komoro. V vzorčni komori se nahaja človek, ki jemlje vzorce. Po končanju pritisne na tipko, da javi sistemu da je končano vzorčenje. Paleta prispe do prezračevalne komore 2, kjer se odpro vrata 3. V prezračevalni komori 2 se nahaja paleta, vrata 3 se zaprejo in aktivira se prezračevanje. Vrata 4 se odprejo,zaprejo in paleta potuje po valjčnem transportu 6 do dvižnega transporta. Tam se paleta dvigne na malo višji nivo in nadaljuje preko verižnega transporta na izstopno mesto, kjer viličar naloži paleto na kateri se nahaja zaboji. 7
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Slika 3.6: Paleta, ki se nahaja na valjčnem transportu 4 v prezračevalni komori Slika 3.7: Valjčni transport 1 Slika 3.8: Valjčni transport 2 8
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Slika 3.9: Elektro motor in reduktor skupaj poganjata valjčni transport Slika 3.10: Optični senzor, ki zazna prisotnost palete 3.3 Princip delovanja induktivnega senzorja Največja zaznava induktivnega senzorja od predmeta je 60 mm. Induktivni senzor ustvari v svoji bližini oscilirajoče magnetno polje. V primeru da se pred senzorjem pojavi kovinski predmet, se oblika in velikost polja spremenita. Senzor zazna spremembo in preklopi polprevodniško stikalo ali ustvari tokovni impulz. Velikost impulza je odvisna od razdalje med predmetom in senzorjem. Induktivni senzorji obstajajo v različnih dimenzijah, v plastičnem ali kovinskem ohišju, priklop med AC oz. DC napajalno napetostjo. Induktivni senzorji so zaliti z umetno smolo. Na ta način dosežemo zaščito pred motnjami v industriji. 9
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA 3.4 Elementi električnih inštalacij Slika 3.11: Induktivni senzor Slika 3.12: Izgradnja električne omare za transportno linijo za Lek Ljubljana 10
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA 3.4.1 Tripolni inštalacijski odklopnik Slika 3.13: Tripolni inštalacijski odklopnik 3.4.2 Enopolni inštalacijski odklopnik 3.4.3 Kontaktor Slika 3.14: Enopolni inštalacijski odklopnik Slika 3.15: Kontaktor 11
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Slika 3.16: Priklopni kontakti kontaktorja (1-2, 3-4,5-6) močnostni kontakti 13-14 krmilni kontakt (delovni kontakt) 3.4.4 Vtičnica Slika 3.17: Vtičnica Slika 3.18: Vtičnica v sistemu ničenje, vtičnica v sistemu z FID - stikalom 12
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA 3.4.5 Zaščitni rele Slika 3.19: Tipka za izklop v sili Slika 3.20: Načrt zasilni izklop tipkala 13
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Slika 3.21: Zaščitni rele Slika 3.22: Načrt zasilnega izklopa modula 14
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA 3.4.6 Rele Slika 3.23: Simbol releja Slika 3.24: Rele 3.4.7 Vrstne sponke Vrstne sponke se uporabljajo v električnih povezavah med dvema fleksibilnima ali negibljivima vodnikoma. Na voljo sta dve vrsti priklopa: vijačni ali brezvijačni priklop vrstnih sponk. Dodatna oprema je za oba tipa enaka. Povezovalni mostički za povezavo več sponk do širine 8 mm. Sponke so na voljo v različnih izvedbah: za mostično povezavo, za zaščitne vodnike, L, N, PE (faza, ničla, zemlja), prekinitvena funkcija, za senzorje ali aktuatorje, merilne sponke. 15
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA 3.4.8 Napajalnik iz 220/24 V DC Slika 3.25: Vrstne sponke Slika 3.26: Simbol napajalnika Slika 3.27: Napajalnik-G1 16
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Na vhod napajalnika pripeljemo izmenično napetost AC. S pomočjo transformatorja to napetost zmanjšamo na 24V AC. Sledi usmerjanje 24 AC napetosti v 24 DC napetost s pomočjo usmernika. Zaradi boljše konstantne napetosti dodamo kondenzatorje in stabilizator. 3.4.9 Krmilnik Simens in razširitveni modul Slika 3.28: Krmilnik Simens Simatic S7-1200 Na krmilnik priklopimo vhodne enote to so (tipkala,stikala.) in izhodne enote sem spadajo (aktuatorji, električni motorji manjših moči, večje vklapljamo preko kontaktorja, luči, razni porabniki in podobno). V krmilniku se nahaja napajalna napetost, spomin (pomnilnik), CPU, ki služi za obdelavo podatkov. Razširitveni modul ima funkcijo, da razširi razpon vhodov in izhodov krmilnika. 17
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA Slika 3.29: Postavitev krmilnika in razširitvenega modula Slika 3.30: Krmilnik Simens Simatic S7-1200 in razširitvenii modul 3.4.10 Kanali Slika 3.31: Kanal za kable 18
OPIS PRAKTIČNEGA IZOBRAŽEVANJA S pomočjo kanalov zakrijemo kable. Služijo boljši estetiki elektro omare. 3.4.11 Letev Slika 3.32: Letev Letev montiramo s pomočjo samoreznih vijakov in nanjo pritrdimo elemente. Nekateri elementi imajo to lastnost, da se samodejno pritrdijo. Pri nekaterih elementih pa si pomagamo s pomočjo izvijača tako da vzmet na elementu stisnemo in lepo pritrdimo na letev. 3.4.12 Priklop žic v kablu Slika 3.33: Tri-fazni kabel Signalni kabel Slika 3.34:Analogni signalni kabel 19
4 ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA S POMOČJO MIKROKRMILNIKA PIC18F4520 IN OSTALO PERIFERIJIO 4.1 Zagon zvezda-trikot Problem zagona 3 faznega AS.motorja rešujemo z zagonom zvezda, trikot. Zvezda trikot zagon se uporablja za omejevanje zagonskega toka. Paziti moramo da preklopimo v pravem trenutku in da je motor v zvezdi zmožen zaganjati naše breme. Moment je v zvezdi trikrat manjši kot v trikotu. Linijski tok v dovodu je v trikotu trikrat večji. Fazni tok v vezavi zvezda je ravno za kvadratni koren iz tri manjši kot v vezavi trikot Tabela 1:zvezda, trikot Slika 4.1: Tri fazni AS. motor, sklopka, zavora VEZAVA I IN U FAZNEGA NAVITJA LINIJSKI TOK NAPETOST NA FAZNEM NAVITJU ZVEZDA Uf, I f Il,Y = If 230 V fazna napetost TRIKOT Uf, I f Il,D = 3 If 400 V- medfazna napetost 20
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.2 Vezava zvezda Slika 4.2: Trifazni sistem vezan v zvezdo Slika 4.3: Navitje vezano v zvezdo 4.2.1 Fazni tok v vezavi zvezda (I f,y ) Tok v vezavi zvezda teče skozi dve navitji, kateri sta priključeni na medfazno napetost (U = 400V). Padec napetosti na posameznem navitju je Uf = U / 3 = 230 V. Ker imata dve navitji večjo upornost kot eno samo je fazni tok v vezavi zvezda manjši, kot v vezavi trikot. 4.2.2 Dovodni tok v vezavi zvezda (I Y ) Dovodni tok v vezavi zvezda pa je enak faznemu toku v vezavi zvezda (kar je razvidno iz slike-lista). 21
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.3 Vezava trikot Slika 4.4: Trifazni sistem vezan v trikot Slika 4.5: Navitje vezano v trikot 4.3.1 Fazni tok v vezavi trikot (I f,d ) Če pogledamo zgornjo sliko vidimo, da je eno navitje AM (faza) priključeno na medfazno napetost (fazna napetost v vezavi trikot je Uf = U = 400 V ). Tok skozi to navitje, imenujmo ga I f (fazni tok v vezavi trikot), pa je odvisen od priključene napetosti (U f ) in pa upornosti navitja 4.3.2 Dovodni tok v vezavi trikot (I D ) Tudi tukaj opazimo da je dovodni tok v vezavi trikot večji kot pa fazni tok v vezavi trikot, saj se dovodni tok razdeli na dva dela - teče v dve navitji. Dovodni tok v vezavi trikot pa je ravno za kvadratni koren iz 3 večji, kot pa fazni tok v vezavi trikot I = 3 I. f Idz=Ifz dovodni tok v vezavi zvezda je enak faznemu toku v vezavi zvezda 22
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA I = 3 I dovodni tok v vezavi trikot je za kvadratni koren iz 3 večji kot fazni tok v l, D f,d vezavi trikot I = 3 I fazni tok v vezavi trikot je za kvadratni koren večji kot v vezavi zvezda f, D f,y Ko enačbe malo premečemo dobimo rezultat : Idt=3*Idz Linijski tok v dovodu je v trikotu 3 - krat večji. Smer vrtenja motorja lahko spremenimo, tako da med samo zamenjamo dava poljubna dovodna vodnika. Slika 4.6: Menjava smeri motorja Pri priključevanju AS motorja moramo paziti na nazivno napetost motorja oziroma navitij. Pri motorjih manjših moči (do 3 kw) je navitje motorja dimenzionirano za napetosti 230 V, zato ga lahko priklopimo na 400 V omrežje le v vezavi zvezda. Zagon zvezda - trikot ni možen. Fazna navitja motorjev večjih moči so dimenzionirana na napetost 400 V zagon zvezda - trikot je možen. 23
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.4 Priklop asinhronskega motorja Slika 4.7: Priključne sponke AS. motorja Slika 4.8:Priklop v vezavo zvezda 24
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.5 Časovni potek delovanja Slika 4.9:Priklop v vezavo trikot Slika 4.10: Časovni potek delovanja t 1 - nastavljiv čas delovanja t 2 - pavza med preklopom ~ 0,4 s Najprej se vklopi mrežni in zvezda kontaktor. Motor deluje v zvezda režimu. V nadaljevanju se izklopi zvezdni kontaktor in po določeni pavzi 0,3 vklopi trikot. Mrežni kontaktor je ves čas vklopljen saj predstavlja napajanje. Nastavljiv čas delovanja v zvezda vezavi lahko spreminjamo. Odvisno je od moči motorja. Pri motorjih večjih moči je ta čas daljši pri manjših pa krajši okrog 5 s. Edina pomanjkljivost zagona zvezda, trikot načina je, da ni zvezdni zagon ampak ga moramo izvesti v dveh stopnjah. 25
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.6 Mikrokrmilnik Mikrokrmilnik ali mikrokontroler je čip, ki vsebuje vse dele mikroračunnalnika (procesor, notranji pomnilnik, vmesnk, napajanje ) razen vhodno, izhodnih enot. Vhodno izhodne enote niso primerne za vgradnjo v čip. Vhodne enote: tipka stikalo senzorji Izhodne enote: elektromotorji žarnice razni porabniki 40- PIN PDIP Slika 4.11: PIC18F4520 26
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA Slika 4.12: PIC18F4520 na podnožju Mikrokrmilnike srečamo v modernih napravah. Na primer v mobilnem telefonu, mikrovalovni pečici, televiziji, v DVD-predvajalniku, pralnem in pomivalnem stroju, sodobni avtomobili, osebni računalniki. Razlog za to je univerzalna uporaba in cena. 27
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.7 Razvojna plošča Slika 4.13: Shema K-CPU verzija 3 Slika 4.14: Tiskano vezje K-CPU verzija 3 28
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA Dodajanje elementov v nedokončano razvojno ploščo Slika 4.15: Spajkanje 1 Slika 4.16: Spajkanje 2 Slika 4.17: Vstavljanje diod 29
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.8 Napajalnik V nadaljevanju sem izdelal napajalnik s pomočjo katerega sem lahko napajal razvojno ploščo. Napajalnik sestavlja: toroidni transformator grezov mostič elektrolitski kondenzator taliva varovalka stabilizator 4.8.1 Toroidni transformator: Slika 4.18: Napajalnik v fazi sestave Na primarno strani priklopimo napetost 230 V. Sistem za toroidno napajanje tvori močnostni transformator z jedrom obročaste oblike. Uporaba ločenega toroidnega transformatorja zagotavlja stabilen in brezšumen vir napajanj, manjše izgube.transformator transformira napetost na 24 V AC - izmenična napetost. 4.8.2 Gretzov mostič: Sestavljajo ga 4 diode s pomočjo katerih dosežemo polnovalno usmerjanje. Tu se napetost spremeni iz AC v DC (izmenične v enosmerno) 24 V. 30
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.8.2 Elektrolitski kondenzator: Kapaciteta je znašala 470 uf. Pazljiv sem moral biti glede polaritete kondenzatorja. Funkcija kondenzatorja je da nam DC - napetost zgladi. 4.8.3 Stabilizator: Vsebuje tri priključke: vhod masa (-) izhod Slika 4.19: Stabilizator LM78XX - pozitivna napetost LM79XX - negativna napetost Oznaka: Če želimo stabilizirati napetost 5V, moram uporabiti stabilizator LM7805 V našem primeru imamo 24 V, zato se bo stabilizator imenoval LM7824. Sedaj je napetost dovolj konstantna 24 V DC in naš napajalnik lahko zajema svojo funkcijo. Slika 4.20: Končan napajalnik 24V 31
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA 4.9 Programiranje mikrokrmilnika PIC18F4520 Slika 4.21: PIC C Compiler na namizju Po sestavitvi in testiranju vezja sem se lotil pisanja programa v programskem jeziku C. Programsko kodo sem pisal v programskem orodju CCS C compiler za zvezda, trikot zagon 3 faznega AS.motorja. Slika 4.22: Pisanje programa v CCS C compilerju Program sem napisal v programskem jeziku C, ki je uporabniku bolj prijazen kot strojni jezik. Naloga prevajalnika je, da program,ki je napisan v človeško razumljivem jeziku prevede v program, ki ga bo razumel mikrokrmilnik. Prevajalnik spremeni *.C datoteko v *.HEX datoteko Program sem na mikrokrmilnik PIC18F4520 naložil s programatorjem US- Burn, USB_1.11a2. 32
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA Slika 4.23: Programator US-Burn, USB_1.11_a2 Naloga programatorja je, da prevedeno *.HEX datoteko, ki vsebuje ukaze za delo mikrokrmilnika prenese v FLASH pomnilnik mikrokrmilnika. 1. Identify Pic in Programer - vzpostavim povezavo 2. select HEX-File as source - označim katero datoteko želimo 3. write HEX-File into PIC zapišemo HEX datoteko v PIC 4. Target:Run - zaženemo 33
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA Slika 4.24: Razvojna ploščo K-CPU verzija 3 Slika 4.25: Relejski izhodi 34
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA Slika 4.26: Tranzistorski izhodi, relejski izhodi, kontaktorski izhodi Mikrokrmilnik krmili tranzistor. Tranzistor pošlje signal na tuljavo releja. Rele pa preko močnostnih kontaktov krmili krmilni del kontaktorja. Krmilni del: Slika 4.27: Kontaktorja zvezda, trikot Delovni kontakt (obkroženo z črno) predstavlja močnostni del releja. Mirovni kontakt (obkrožena z rdečo) predstavlja električno blokado. 35
ZAGON ZVEZDA TRIKOT ASINHRONSKEGA MOTORJA Slika 4.28: Vodenje zagona 3 faz. as. motorja preko PC-ja 36
5 ANALIZATOR Slika 5.1: Notranjost analizatorja Elipsa na sliki predstavlja priključke na katere priključimo (dovod) 3 fazne vodnike (L1, L2, L3). S pomočjo merilnih transformatorjev razširimo merilno območje, ampermetra, voltmetra Slika 5.2: Analizator 37
ANALIZATOR Prikaz obdelave signala: I (AC) I (DC) D ur Slika 5.3: Obdelava signala Merilni transformatorji Slika 5.4: Vezava tokovnika in napetostnika Sestavljen je iz: feromagnetnega jedra primarnega navitja galvansko ločenega sekundarnega navitja Poznamo: tokovni merilni transformator (tokovnik) napetostni merilni transformator (napetostnik) Poznati moramo prestavo transformatorja Tok primarnega navitja dobimo tako, da tok sekundarnega navitja, ki ga merimo z ampermetrom pomnožimo s prestavo. 38
ANALIZATOR Merjenje toka: Slika 5.5: Tok Merjenje fazne napetosti: Slika 5.6: Fazna napetost 39
ANALIZATOR Merjenje medfazne napetosti: Slika 5.7: Medfazna napetost Merjenje delovne moči: Slika 5.8: Delovna moč 40
ANALIZATOR Merjenje jalove moči: Slika 5.9: Jalova moč Merjenje navidezne moči: Slika 5.10: Navidezna moč 41
ANALIZATOR Merjenje delovne, jalove, navidezne moči (P,Q,S): Merjenje frekvence: Slika 5.11: Moči skupaj (P,Q,S) Slika 5.12: Frekvenca 42
ANALIZATOR Fazni diagram: Slika 5.13: Fazni diagram Prikaz poteka toka: Slika 5.14: Graf toka 43
ANALIZATOR Prikaz poteka napetosti: Slika 5.15: Graf napetosti Prikaz poteka moči: Slika 5.16: Graf moči 44
ANALIZATOR Prikaz poteka cos(fi) Slika 5.17: Graf cos(fi) Slika 5.18: Analizator v dejanskem procesu 45
6 IZRAČUNI ZA 3 FAZNI ASINHRONSKI MOTOR Trifazni asinhronski motor s podatki: P = 2,2 kw meh f = 50 Hz U D = 400 V/ U = 690 V I = 5,6 A n = 925 min cosϕ = 0,75 1 Y 2 p = 6šest polni Slika 6.1: Ploščica s podatki Pt, ν = 75 W Pri preizkusu praznega teka izmerimou = 380 V ; I 0 = 2,1 A ; P 0 = 0,2 kw. Fazna upornost statorskega navitja, merjena pri 20 C znaša Z f, 20 C = 8,2 Ω. n s 60 f p 1 = = 1000 min število sinhronskih vrtljajev 60 f 60 50 p = = = 3 število polovnih parov n 1000 s 46
IZRAČUNI ns n 1000 925 s = = = 0,075 slip n 10000 s Slip - koliko rotor zaostaja za vrtilnim magnetnim poljem. Zaostajanje števila vrtljajevv rotorja za sinhronskimi vrtljaji. Sprejeta moč določimo s pomočjo enačbe: P1 = 3 U n In cosϕ = 3 380 5,6 0,75 = 2,76 kw V praznem teku se celotna dotekajoča moč porabi za pokrivanje izgub v navitju statorja, statorskem jedru in izgub trenja, ventilacije: P = P + P + P 0 CU10 fe t, v 2 2,1 PCu 10 = 3 I of R1 f = 3 8, 2 = 36 W 3 izgube v navitju statorja S pomočjo znanih podatkov lahko določimo izgube v statorskem jedru. P = P P P fe 0 Cu10 t, v 2 = 200 36 75 = 89 W = moč, ki se z magnetnim vrtilnim poljem prenaša iz statorja v rotor. P = P P P vp 1 Cu1 fe Izgube v navitju statorja moramo preračunati na delovno temperaturo 75 C R = R + α T ) = 8, 2 1+ 0,0039 55 = 9,95 Ω 1 f 75 1 hladno (1 ( ) 2 5,6 PCu 1 = 3 I of R1 f 75 = 3 9,95 = 312 W 3 2 Izgube P = P P P = 2760 312 89 = 2,359 kw vp 1 cu1 fe P el v kratkostični kletki: = s P = 0,075 2359 = 180 W vp je mehanska moč motorja P = P P = 2359 180 = 2,179 kw meh vp el Oddano moč motorja pa dobimo, če od sprejete moči odštejemo vse izgube. P2 = P1 PCu 1 Pfe Pel Pt, v = 2760 312 89 180 75 = 2,1 kw 47
IZRAČUNI Nazivni navor: M n P P 1000 9550 P 9550 2,1 = = = = = 21,7 Nm ω n 2 π n 925 60 Izkoristek motorja znaša: P P 2 η = = = 1 2,1 2,76 0,76 48
7 SKLEP IN ZAKLJUČEK Opravljanje praktičnega izobraževanja je bila zame odlična izkušnja s katero sem dobil ogromno novih izkušen, ki jih bom lahko v prihodnosti koristil. Pri vsakodnevnem delu sem vsak dan spoznal nove zanimive stvari. Zelo sem užival, ko sem naredil svoj prvi industrijski projekt zagon zvezda, trikot asinhronskega motorja s pomočjo mikrokrmilnika PIC18F4520 in ostalo periferijo. Nadgradil sem svoje teoretično znanje saj sem moral dobro razumeti princip delovanja določene naprave. Skozi vso praktično izobraževanje sem imel željo da bi še povečal obseg znanja in mislim da mi je uspelo. Osebno mislim, da bi bilo dobro da bi praktično izobraževanja trajalo dlje časa. Zahvaljujem se podjetju Etra.d.o.o da so mi omogočili izvedbo praktičnega izobraževanja. 49
8 PRILOGE 8.1 8.1 Programska koda #include <main.h> //varibilne spremenljivke int1 trenutno_stanje=0, staro_stanje=0, poz_fl=0, neg_fl=0; int16 tmr_zvezda=0, tmr_trikot=0; int1 vpis_timerjev=0; int16 tmr_inputs=0; #int_timer2 //prekinitev vsake 1ms void TIMER2_isr(void) { if(tmr_inputs>0)tmr_inputs--;//začetek prekinitve 50ms if(tmr_inputs==0) { trenutno_stanje=input(vklop); if (trenutno_stanje==1 && staro_stanje==0 && poz_fl==0) { poz_fl=1; vpis_timerjev=1; staro_stanje=trenutno_stanje; } //pozitivni pulz tmr_inputs=50; } staro_stanje=trenutno_stanje; if (tmr_zvezda>0)tmr_zvezda--; if (tmr_trikot>0)tmr_trikot--; if (tmr_zvezda==1){output_low(zvezda);printf("\r Zvezda == OFF");} if (tmr_trikot==1){output_high(trikot);printf("\r trikot");} } 50
PRILOGE #int_rda //komunikacija, sprejemas byte preko rs232 void RDA_isr(void) { } void main() { setup_adc_ports(an0_to_an2 VSS_VDD); setup_adc(adc_clock_internal ADC_TAD_MUL_20); setup_psp(psp_disabled); setup_spi(spi_ss_disabled); setup_wdt(wdt_off); setup_timer_0(rtcc_internal); setup_timer_1(t1_disabled); setup_timer_2(t2_div_by_16,9,16); setup_timer_3(t3_disabled T3_DIV_BY_1); setup_comparator(nc_nc_nc_nc); setup_vref(false); enable_interrupts(int_timer2); enable_interrupts(int_rda); enable_interrupts(global); //inicializacija začetna verdnost output_low(mreza); output_low(zvezda); output_low(trikot); while(1) { if (tmr_zvezda>0){printf("\r tmr_zvezda:%lu",tmr_zvezda);} if (tmr_trikot>0){printf("\r tmr_trikot:%lu",tmr_trikot);} if (vpis_timerjev==1) { 51
PRILOGE tmr_zvezda=zvezda_vklopljena; tmr_trikot=trikot_vklop; vpis_timerjev=0; printf("vpis_timerjev"); } if (poz_fl==1 && tmr_zvezda>1) { output_high(mreza); output_high(zvezda); printf("\r zvedza"); } if (input(izklop)==1) { output_low(mreza); output_low(zvezda); output_low(trikot); tmr_zvezda=0; tmr_trikot=0; poz_fl=0; } } } 52
PRILOGE 8.2 Hardwerske nastavitve: Slika 8.1:Nastavitve parametrov 1 Slika 8.2:Nastavitev parametrov 2 53